Phosphor-Rückgewinnung aus Klärschlamm - VCI · 2019-04-17 · Monoverbrennung aus der Asche...

Workshop „Zirkuläre Wirtschaft – mehr als Recycling!?“

Phosphor-Rückgewinnung aus Klärschlamm

Katja WendlerDECHEMA e.V.

Frankfurt am Main, 15.02.2019

© DECHEMA e.V.

Übersicht

1 Frankfurt am Main, 15.02.2019

DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V.

Phosphor

• Bedeutung

• Herkunft

Phosphor-Rückgewinnung

• Hintergründe

• Beispiele zu Aktivitäten

• Klärschlammverordnung (AbfKlärV)

Verfahren zur Phosphor-Rückgewinnung

• Übersicht

• Beispiele

Förderung der Phosphor-Rückgewinnung

DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. – Auf einen Blick


fördert den themenbezogenen Austausch in einem großen interdisziplinären Netzwerk

„Wissenschaft und Industrie im Dialog“

Über 5.900 Mitglieder (davon mehrals 600 Unternehmen und Institutionen)

Thematische Arbeit in ca. 100 Gremien

Studien, Positionspapiere und Broschüren

Tagungen, Kolloquien und Weiterbildung

Koordination / Mitarbeit in Forschungsprojekten

Nachwuchsförderung

ACHEMA: Weltweite Leitveranstaltung für Prozessindustrie und Biotechnologie

DECHEMA-Fokusthemen


DECHEMA-Fokusthema Rohstoffe


Gremien:u.a. ProcessNet-Fachgruppe „Rohstoffe“

Publikation:Statuspapier „Phosphatrückgewinnung“ (November 2017)

Veranstaltung:Infotag „Phosphor aus Klärschlamm –Wie Sie Ihre Phosphorabreicherung bestimmen können!“ (03.04.2019, Frankfurt am Main)der DECHEMA und der Deutschen Phosphor-Plattform DPP

Bedeutung von Phosphor

Allgemein: Phosphor: essentielles Element, das z.B. in Knochengewebe,

Zähnen, DNA enthalten ist Wichtig für den Energiestoffwechsel der Zellen (ATP/ADP) Liegt in der Natur nicht elementar als Phosphor, sondern als

Phosphat vor

Fördermengen und Verfügbarkeit: Weltweit ca. 261 Mio. t Rohphosphat gefördert (2016) Aktuell: wenigstens 300 Jahren statische Reichweite

Verwendung: 85-90% in der Düngemittelindustrie Sonstige: z.B. Nahrungsmittelzusatz (als Konservierungs- oder

Trennmittel), Futtermittel, Korrosionsschutzmittel


Herkunft von Phosphor

EU: zu > 90% von Phosphat-Importen abhängig

EU Kommission: „Phosphatgestein“ (2014) und „weißer Phosphor P4“ (2017) als kritischer Rohstoff eingestuft


Phosphor: zu 0,1 % in der Erdkruste enthalten

Wirtschaftlich abbaubare Phosphaterzlagerstätten(Roherz-Gehalt > 5 % P2O5) zu > 90 % auf wenige Staaten konzentriert: Marokko, China, USA, Algerien, Jordanien, Russland und Südafrika

Phosphat-Weltreserven, Stand: 2016 (Quelle: BGR)

Hintergründe zur Phosphor-Rückgewinnung

Sicherung der Rohstoffbasis durch Reduzierung • der Abhängigkeiten von Lieferländern und Preisschwankungen• der Einflüsse von geopolitischen Unsicherheiten

Zunehmende Verunreinigung von Rohphosphat mit Uran und Cadmium (in Abhängigkeit von der Lagerstätte) Steigende Belastung der mineralischen Düngemittel und Schwermetalleintrag in landwirtschaftlich genutzte Böden und Grundwasserleiter

Ressourcenschonung durch Nutzung heimischer Phosphorquellen (z.B. kommunaler Klärschlamm bzw. Klärschlammasche)


Beispiele zu Aktivitäten zur Phosphor-Rückgewinnung

Schweiz:• 2016 als erstes Land weltweit verbindliche Phosphor-

Rückgewinnung aus Klärschlamm sowie Tier- und Knochenmehl eingeführt

• Übergangsfrist von 10 Jahren: Rückgewinnung von Phosphor, der bisher fast zu 100% deponiert wird, um z.B. Mineraldüngerimporte zu ersetzen.

• Keine Empfehlungen für eine großtechnische Phosphor-Rückgewinnung, da die Verfahren sich erst im Demo-Betrieb behaupten müssen.

Österreich:• Anfang 2018: neuer Bundesabfallwirtschaftsplan, der ebenfalls

eine Phosphor-Rückgewinnung vorsieht (ohne Festlegung von Umsetzungsdaten)

Deutschland: • Seit Oktober 2017: Novelle der Klärschlammverordnung (AbfKlärV),

welche eine Rückgewinnung von Phosphor vorsieht


Klärschlammverordnung (AbfKlärV)

Grundsätzliche Pflicht zur Phosphor-Rückgewinnung bei Phosphor-Gehalten im Klärschlamm von mehr als 20 g/kg Trockensubstanz

Pflicht zur Phosphor-Rückgewinnung für kommunale Kläranlagen• ab 2029: ab Ausbaugröße > 100.000 Einwohnerwerten und • ab 2032: ab Ausbaugröße > 50.000 Einwohnerwerten

Diesen Kläranlagen ist auch die Verwertung von Klärschlamm in der Landwirtschaft bzw. im Landschaftsbau untersagt(wegen möglicher Belastung von Klärschlamm, z.B. mit Schwermetallen, oder synthetischen organischen Verbindungen, wie z.B. Kunststoff)


2017 … 2023 2029 2032

Vorlage Konzept zur Phosphor-

Rückgewinnung der Kläranlagen

Verpflichtende Rückgewinnung von Phosphor auf Kläranlagen

ab 2029 > 100.000 EWab 2032 > 50.000 EW

Verab-schiedung

der Klärschlamm-verordnung

… …

Verfahren zur Phosphor-Rückgewinnung

Unterschiedliche Aufschlussverfahren, z.B. nasschemisch, thermochemisch

Erzeugung unterschiedlicher Produkte, z.B. Phosphorsäure, Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP)/ Struvit, Dicalcium-Phosphat (DCP)

Unterschiedlicher Technologie-Reifegrad der Verfahren


Quelle: nach Kabbe et.al. 2015, Kabbe at al. 2017

Verfahren zur Phosphor-Rückgewinnung (Beispiele)

AirPrex®-Verfahren der CNP-Technology Water and Biosolids GmbH Luftstrippung (pH steigt deutlich durch Ausgasen von CO2) Gleichzeitige Zugabe von MgCl2 führt zur Bildung und Ausfällung von Struvit Anschließend:

1) Struvit-Mikrokristalle im Schlamm belassen, um sie nach einer Monoverbrennung aus der Asche einfacher zu recyclen oder2) Gezielte Bildung von Struvit-Makrokristallen, die ausgeschleust werden.


Gewonnenes Struvit-Granulat kann als Dünger verwendet werden.

9 Referenzanlagen, u.a. in Amsterdam (äquivalent behandelte Abwassermenge 1.000.000 EW)

Quelle: Deutsche Phosphor-Plattform DPP

Verfahren zur Phosphor-Rückgewinnung (Beispiele)

TetraPhos®-Verfahren der REMONDIS Aqua GmbH & Co. KG Mehrstufiger Prozess, in dem durch Zugabe von Phosphorsäure eine

Rohphosphorsäure aus Klärschlammasche produziert wird. Zunächst: Lösung von Phosphaten aus der Klärschlammasche durch

Zugabe von verdünnter Phosphorsäure. Zugabe von Schwefelsäure zur angereicherten Phosphorsäure, um diese

von Calcium zu befreien, d.h. Koppelprodukt ist Phosphorgips, der in der Bauindustrie eingesetzt werden kann.

Eisen und Aluminium werden über einen Ionentauscher entfernt und können als Fällmittel (Eisen- und Aluminiumsalze) wiederverwendet werden.


Quelle: Hanßen et al., 2016

Seit 2018: Bau einer großtechni-schen Anlage zusammen mit der Hamburg Wasser (Erwartete Fertigstellung in 2020)

Aktuelle Förderung der Phosphor-Rückgewinnung und der Umsetzung der Klärschlammverordnung

„Vollzugshinweise zur Umsetzung der Klärschlammverordnung“ der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) als Auslegungshilfe,Fertigstellung und Veröffentlichung: 2019

Auf Ebene der Bundesländer (z.B. Hessen, Baden-Württemberg, Nordrhein-Westfalen, Schleswig-Holstein):Informationsveranstaltungen bzw. finanzielle Förderung zur (großtechnischen) Umsetzung von Technologien zur Phosphor-Rückgewinnung unter Einbeziehung der Akteure der Wertschöpfungskette.

Fördermaßnahme "Regionales Phosphor-Recycling" (RePhoR) desBundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF): Förderung der Entwicklung ganzheitlicher, regionaler Ansätze und Konzepte zum Phosphor-Recycling und zur Klärschlammverwertung (großtechnische Umsetzung verschiedener Phosphor-Rückgewinnungsverfahren unter realen Bedingungen),Laufzeit: 2020 - 2024


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